(57)【要約】【課題】原子炉のキセノン振動を抑制するにあたり、原子炉の軸方向出力分布偏差の変化を予測すること。【解決手段】軸方向出力分布制御装置は、軸方向出力分布偏差算出部５２と、パラメータ算出部５３と、軸方向出力分布偏差判定部５４とを含む。軸方向出力分布偏差判定部５４は、パラメータ算出部５３が算出したキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータによって描かれる楕円の長径と、現時点におけるキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータとに基づいて、現時点以降において、炉心軸方向出力分布偏差が増加するか減少するかを予測する。【選択図】図１
2010190854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の炉心上半分での相対出力（ＰＴ）及び同炉心下半分での相対出力（ＰＢ）に基づいて、炉心軸方向出力分布偏差と、現在のキセノン濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応するキセノン対応軸方向出力分布偏差と、現在のヨウ素濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応するヨウ素対応軸方向出力分布偏差とをそれぞれ下記関係式（１）〜（３）、又は（１）’〜（３）’により算出する軸方向出力分布偏差算出ステップと、
前記原子炉の運転中における炉心軸方向出力分布偏差とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差との差を用いて表されるキセノンパラメータ、及び前記原子炉の運転中におけるヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差との差を用いて表されるヨウ素パラメータを算出するパラメータ算出ステップと、
前記パラメータ算出ステップで算出されたキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータによって描かれる楕円の長径と、現時点におけるキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータとに基づいて、現時点以降において、炉心軸方向出力分布偏差が増加するか減少するかを予測する軸方向出力分布偏差判定ステップと、
を含むことを特徴とする軸方向出力分布予測方法。
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）・・・式（１）
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）・・・式（２）
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）・・・式（３）
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）／（ＰＴ＋ＰＢ）・・・式（１）’
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）・・・式（２）’
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）・・・式（３）’
ただし、
ＰＴＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の出力
ＰＢＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の出力
ＰＴＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の出力
ＰＢＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の出力
【請求項２】
前記軸方向出力分布偏差算出ステップの後に、現時点における炉心軸方向出力分布偏差と、当該炉心軸方向出力分布偏差の許容値との差から、余裕度を算出する余裕度算出ステップと、
軸方向出力分布偏差判定ステップの後に、前記余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が、前記余裕度を減少させる方向に変化するか否かを判定する許容範囲判定ステップと、
前記余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が前記余裕度を減少させる方向に変化する場合には、制御棒を移動させる操作が必要であることを報知する報知ステップと、
を備える請求項１に記載の軸方向出力分布予測方法。
【請求項３】
前記軸方向出力分布偏差算出ステップの後に、現時点における炉心軸方向出力分布偏差と、当該炉心軸方向出力分布偏差の許容値との差から、余裕度を算出する余裕度算出ステップと、
軸方向出力分布偏差判定ステップの後に、前記余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が、前記余裕度を減少させる方向に変化するか否かを判定する許容範囲判定ステップと、
前記余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が前記余裕度を減少させる方向に変化する場合には、キセノンパラメータ及びヨウ素パラメータが、前記楕円の長径に向かって移動するように制御棒を移動制御する制御棒移動ステップと、
を備える請求項１に記載の軸方向出力分布予測方法。
【請求項４】
原子炉の炉心上半分での相対出力（ＰＴ）及び同炉心下半分での相対出力（ＰＢ）に基づいて、炉心軸方向出力分布偏差と、現在のキセノン濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応するキセノン対応軸方向出力分布偏差と、現在のヨウ素濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応するヨウ素対応軸方向出力分布偏差とをそれぞれ下記関係式（１）〜（３）、又は（１）’〜（３）’により算出する軸方向出力分布偏差算出部と、
前記原子炉の運転中における炉心軸方向出力分布偏差とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差との差を用いて表されるキセノンパラメータ、及び前記原子炉の運転中におけるヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差との差を用いて表されるヨウ素パラメータを算出するパラメータ算出部と、
前記パラメータ算出部が算出したキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータによって描かれる楕円の長径と、現時点におけるキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータとに基づいて、現時点以降において、炉心軸方向出力分布偏差が増加するか減少するかを予測する軸方向出力分布偏差判定部と、
を含むことを特徴とする軸方向出力分布予測装置。
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）・・・式（１）
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）・・・式（２）
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）・・・式（３）
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）／（ＰＴ＋ＰＢ）・・・式（１）’
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）・・・式（２）’
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）・・・式（３）’
ただし、
ＰＴＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の出力
ＰＢＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の出力
ＰＴＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の出力
ＰＢＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の出力
【請求項５】
現時点における炉心軸方向出力分布偏差と、当該炉心軸方向出力分布偏差の許容値との差から、余裕度を算出する余裕度算出部と、
前記余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が、前記余裕度を減少させる方向に変化するか否かを判定する許容範囲判定部と、
前記余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が前記余裕度を減少させる方向に変化する場合には、制御棒を移動させる操作が必要であることを報知する報知部と、
を備える請求項４に記載の軸方向出力分布予測装置。
【請求項６】
現時点における炉心軸方向出力分布偏差と、当該炉心軸方向出力分布偏差の許容値との差から、余裕度を算出する余裕度算出部と、
軸方向出力分布偏差判定ステップの後に、前記余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が、前記余裕度を減少させる方向に変化するか否かを判定する許容範囲判定部と、
前記余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が前記余裕度を減少させる方向に変化する場合には、キセノンパラメータ及びヨウ素パラメータが、前記楕円の長径に向かって移動するように制御棒を移動制御する制御棒移動部と、
を備える請求項４に記載の軸方向出力分布予測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉の軸方向における出力分布を制御する技術に関し、特に、加圧水型原子炉内で発生しうるキセノン振動を抑制することに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原子力発電所等で用いられる加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）においては、キセノン振動という現象が発生することが知られている。このキセノン振動は、核分裂で発生する核分裂生成物のうち、中性子の吸収能力が高いキセノンの空間濃度分布が変動することにより引き起こされる原子炉内における出力分布の空間振動のことである。
【０００３】
キセノン振動が発生すると、原子炉内の出力分布の歪みが大きくなり、局所的に出力が過大となり、原子炉の炉心には局所的に温度が上昇する部分が発生することがある。原子炉の運転中において炉心の健全性を確保するために、キセノン振動が発生した場合には、これを安全性に問題がない範囲内に抑制する必要がある。
【０００４】
上記のような出力分布の過大な歪みを抑制する技術として、軸方向出力分布を一定の範囲内に収めるような「出力分布制御法」が知られている。例えば、軸方向出力分布一定値制御法では、定格出力において、制御棒がほぼ全引き抜きの状態で安定している状態の軸方向出力分布偏差（ＡＯ：Axial Offset）を目標値と定める。そして、運転時の軸方向出力分布偏差ＡＯ（出力が定格出力より低い場合はＡＯに相対出力を乗じた値）が、当該目標値から一定の許容範囲内に収まっているか否かを監視し、軸方向出力分布偏差ＡＯが当該許容範囲から逸脱した場合、制御棒を用いて直ちに許容範囲内に誘導するように制御している（特許文献１、非特許文献１）。
【０００５】
また、本願発明者による発明として、特許第３２０２４３０号公報に記載のキセノン振動制御方法が知られている（特許文献２、非特許文献２、非特許文献３）。このキセノン振動制御方法では、原子炉の炉心における軸方向出力分布偏差（ＡＯＰ）と、現在のキセノン濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応する軸方向出力分布偏差（ＡＯＸ）と、現在のヨウ素濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応する軸方向出力分布偏差（ＡＯＩ）とを利用する。そして、パラメータＤＡＯＰＸ（＝ＡＯＰ−ＡＯＸ）をＸ軸に、パラメータＤＡＯＩＸ（＝ＡＯＩ−ＡＯＸ）をＹ軸にプロットしたときの軌跡に基づいて、この軌跡を原点に移動させるように制御棒を挿入あるいは引き抜くことによって発生したキセノン振動を消滅させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１２１７７９号公報
【特許文献２】特許第３２０２４３０号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】火力原子力発電Vol.31 No.2「ＰＷＲのロードフォロー運転」
【非特許文献２】日本原子力学会誌Vol.33 No.3「軸方向出力分布偏差のオンラインデータ処理に基づくＰＷＲの軸方向キセノン振動の最適制御法」
【非特許文献３】日本原子力学会誌Vol.38 No.1「負荷追従運転時のキセノン振動制御に対するアキシャルオフセット軌跡法の改良」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、キセノン振動が発生すると、原子炉の軸方向出力分布偏差は、キセノン振動に同期して増加し減少する。このため、例えば、原子炉の軸方向出力分布偏差が許容範囲に接近した場合であっても、原子炉の軸方向出力分布偏差が減少する時期であれば、制御棒を操作しなくとも原子炉の軸方向出力分布偏差が許容範囲を超えることはなく、無駄な燃料棒の操作が回避できる。このためには、原子炉の軸方向出力分布偏差の変化を予測できることが必要である。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、原子炉のキセノン振動を抑制するにあたり、原子炉の軸方向出力分布偏差の変化を予測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る軸方向出力分布予測方法は、原子炉の炉心上半分での相対出力（ＰＴ）及び同炉心下半分での相対出力（ＰＢ）に基づいて、炉心軸方向出力分布偏差と、現在のキセノン濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応するキセノン対応軸方向出力分布偏差と、現在のヨウ素濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応するヨウ素対応軸方向出力分布偏差とをそれぞれ下記関係式（１）〜（３）、又は（１）’〜（３）’により算出する軸方向出力分布偏差算出ステップと、前記原子炉の運転中における炉心軸方向出力分布偏差とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差との差を用いて表されるキセノンパラメータ、及び前記原子炉の運転中におけるヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差との差を用いて表されるヨウ素パラメータを算出するパラメータ算出ステップと、前記パラメータ算出ステップで算出されたキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータによって描かれる楕円の長径と、現時点におけるキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータとに基づいて、現時点以降において、炉心軸方向出力分布偏差が増加するか減少するかを予測する軸方向出力分布偏差判定ステップと、を含むことを特徴とする軸方向出力分布予測方法。
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）・・・式（１）
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）・・・式（２）
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）・・・式（３）
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）／（ＰＴ＋ＰＢ）・・・式（１）’
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）・・・式（２）’
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）・・・式（３）’
ただし、
ＰＴＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の出力
ＰＢＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の出力
ＰＴＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の出力
ＰＢＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の出力
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る軸方向出力分布予測装置は、  原子炉の炉心上半分での相対出力（ＰＴ）及び同炉心下半分での相対出力（ＰＢ）に基づいて、炉心軸方向出力分布偏差と、現在のキセノン濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応するキセノン対応軸方向出力分布偏差と、現在のヨウ素濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応するヨウ素対応軸方向出力分布偏差とをそれぞれ下記関係式（１）〜（３）、又は（１）’〜（３）’により算出する軸方向出力分布偏差算出部と、前記原子炉の運転中における炉心軸方向出力分布偏差とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差との差を用いて表されるキセノンパラメータ、及び前記原子炉の運転中におけるヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差との差を用いて表されるヨウ素パラメータを算出するパラメータ算出部と、前記パラメータ算出部が算出したキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータによって描かれる楕円の長径と、現時点におけるキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータとに基づいて、現時点以降において、炉心軸方向出力分布偏差が増加するか減少するかを予測する軸方向出力分布偏差判定部と、を含むことを特徴とする軸方向出力分布予測装置。
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）・・・式（１）
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）・・・式（２）
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）・・・式（３）
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）／（ＰＴ＋ＰＢ）・・・式（１）’
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）・・・式（２）’
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）・・・式（３）’
ただし、
ＰＴＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の出力
ＰＢＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の出力
ＰＴＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の出力
ＰＢＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の出力
【００１１】
本発明は、キセノンパラメータ及びヨウ素パラメータによって描かれる楕円の長径と、現時点におけるキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータとに基づいて、現時点以降において、炉心軸方向出力分布偏差が増加するか減少するかを予測する。これによって、前記楕円の長径と、現時点における前記楕円上のプロット点（キセノンパラメータ及びヨウ素パラメータ）との位置関係のみから、簡単に炉心軸方向出力分布偏差の将来における変化を判定できるので、これを利用して、原子炉のキセノン振動を抑制するにあたっては、原子炉の軸方向出力分布偏差の変化を予測することができる。
【００１２】
本発明の望ましい態様としては、前記軸方向出力分布予測方法において、前記軸方向出力分布偏差算出ステップの後に、現時点における炉心軸方向出力分布偏差と、当該炉心軸方向出力分布偏差の許容値との差から、余裕度を算出する余裕度算出ステップと、軸方向出力分布偏差判定ステップの後に、前記余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が、前記余裕度を減少させる方向に変化するか否かを判定する許容範囲判定ステップと、前記余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が前記余裕度を減少させる方向に変化する場合には、制御棒を移動させる操作が必要であることを報知する報知ステップと、を備えることが好ましい。
【００１３】
本発明の望ましい態様としては、前記軸方向出力分布予測装置において、現時点における炉心軸方向出力分布偏差と、当該炉心軸方向出力分布偏差の許容値との差から、余裕度を算出する余裕度算出部と、前記余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が、前記余裕度を減少させる方向に変化するか否かを判定する許容範囲判定部と、前記余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が前記余裕度を減少させる方向に変化する場合には、制御棒を移動させる操作が必要であることを報知する報知部と、を備えることが好ましい。
【００１４】
本発明の望ましい態様としては、前記軸方向出力分布予測方法において、前記軸方向出力分布偏差算出ステップの後に、現時点における炉心軸方向出力分布偏差と、当該炉心軸方向出力分布偏差の許容値との差から、余裕度を算出する余裕度算出ステップと、軸方向出力分布偏差判定ステップの後に、前記余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が、前記余裕度を減少させる方向に変化するか否かを判定する許容範囲判定ステップと、前記余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が前記余裕度を減少させる方向に変化する場合には、キセノンパラメータ及びヨウ素パラメータが、前記楕円の長径に向かって移動するように制御棒を移動制御する制御棒移動ステップと、を備えることが好ましい。
【００１５】
本発明の望ましい態様としては、前記軸方向出力分布予測装置において、現時点における炉心軸方向出力分布偏差と、当該炉心軸方向出力分布偏差の許容値との差から、余裕度を算出する余裕度算出部と、軸方向出力分布偏差判定ステップの後に、前記余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が、前記余裕度を減少させる方向に変化するか否かを判定する許容範囲判定部と、前記余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が前記余裕度を減少させる方向に変化する場合には、キセノンパラメータ及びヨウ素パラメータが、前記楕円の長径に向かって移動するように制御棒を移動制御する制御棒移動部と、を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、原子炉のキセノン振動を抑制するにあたり、原子炉の軸方向出力分布偏差の変化を予測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本実施形態に係る軸方向出力分布予測装置及び原子炉の全体構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本実施形態において、キセノン振動が安定している場合におけるプロット軌跡を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態において、キセノン振動が発散性の場合におけるプロット軌跡を示す図である。
【図４】図４は、本実施形態において、キセノン振動中のＡＯＰを示す図である。
【図５】図５は、図４に対応する（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）のプロット軌跡を示す図である。
【図６】図６は、キセノン振動が発生しているときの楕円軌跡を示す模式図である。
【図７】図７は、図６に示すキセノン振動に対応したΔＩの時間変化を示す模式図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る軸方向出力分布予測方法の手順を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本実施形態に係る軸方向出力分布予測方法の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る軸方向出力分布制御プログラム１ａを搭載した軸方向出力分布制御装置１と、この軸方向出力分布制御装置１によって制御される原子炉１０の全体構成を示している。本実施形態において、原子炉１０は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。原子炉１０は、圧力容器１１と、この圧力容器１１内に設けられる炉心１２と、この炉心１２内の核分裂反応を制御する制御棒１３と、この制御棒１３を上下方向に駆動する制御棒駆動装置１４と、炉心１２の高さ位置に対応して分割して配置される炉外中性子束検出器１５ａ、又は炉内中性子束検出器１５ｂと、炉外中性子束検出器１５ａ、又は炉内中性子束検出器１５ｂの検出値に基づいて炉心１２の相対出力を算出する中性子束計測装置１６とを有している。
【００２０】
炉心１２の内部には、核燃料となる複数の燃料棒１３が配置されている。制御棒１３は、制御棒駆動装置１４によって駆動され、炉心１２に対して挿入及び抜き出しの制御が可能に構成されている。なお、本実施形態において、「軸方向」とは、炉心１２の軸方向をいうものであり、燃料棒１３の長手方向及び制御棒１３の駆動方向に一致している。そして、加圧水型原子炉では、軸方向におけるキセノン振動が優位であることから、本実施形態では軸方向におけるキセノン振動について説明する。
【００２１】
制御棒駆動装置１４は、後述する演算処理手段５によって制御され、制御棒１３を上下方向に駆動する。また、炉外中性子束検出器１５ａ、又は炉内中性子束検出器１５ｂは、炉心１２の上半分及び下半分の中性子束を検出するものである。中性子束計測装置１６は、炉外中性子束検出器１５ａ又は炉内中性子束検出器１５ｂの検出値に基づき、炉心上半分の相対出力（以下、ＰＴという）及び炉心下半分の相対出力（以下、ＰＢという）を算出する。なお、本実施形態において、相対出力とは、原子炉１０の定格出力を１．０に規格化した際の出力をいうものとする。
【００２２】
軸方向出力分布制御装置１は、図１に示すように、主として、液晶ディスプレイ等からなる表示手段２と、キーボードやマウス等からなる入力手段３と、本実施形態の軸方向出力分布制御プログラム１ａや各種のデータ等を記憶する記憶手段４と、これら各構成手段を制御するとともに各種のデータを取得して演算処理を実行する演算処理手段５とから構成されている。軸方向出力分布制御装置１は、原子炉１０の軸方向出力分布を制御して、キセノン振動を抑制する他、本実施形態に係る軸方向出力予測方法を実行して、原子炉１０の軸方向出力分布を予測する軸方向出力分布予測装置としても機能する。
【００２３】
軸方向出力分布制御装置１が備える記憶手段４は、ハードディスクやＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されており、図１に示すように、プログラム保存部４１と、制御情報保存部４２とを有している。次に、記憶手段４の各構成部についてより詳細に説明する。プログラム保存部４１には、本実施形態の軸方向出力分布制御プログラム１ａがインストールされている。この軸方向出力分布制御プログラム１ａは、本実施形態に係る軸方向出力分布予測方法を実現するための軸方向出力分布予測プログラムが組み込まれている。そして、演算処理手段５によって軸方向出力分布制御プログラム１ａが実行されることにより、原子炉１０の軸方向出力分布が予測される。
【００２４】
制御情報保存部４２は、原子炉１０の炉心１２における軸方向出力分布偏差（炉心軸方向出力偏差分布）に関する許容範囲（許容値）を記憶するものである。この許容範囲は、炉心１２の安全解析と矛盾がないように、炉心１２の特性によって定められるものであり、炉心１２の軸方向における出力が変化することにより発生するキセノン振動の影響を抑制し、炉心１２の安全性を確保しうる範囲に設定される。
【００２５】
軸方向出力分布制御装置１が備える演算処理手段５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等から構成されている。演算処理手段５は、図１に示すように、相対出力取得部５１と、軸方向出力分布偏差算出部５２と、パラメータ算出部５３と、軌跡表示部５４と、軸方向出力偏差判定部５５と、余裕度算出部５６と、許容範囲判定部５７と、報知部５８と、制御棒移動部５９とを有する。演算処理手段５は、プログラム保存部４１にインストールされた軸方向出力分布予測プログラム１ａを読み込んで実行することにより、原子炉１０の軸方向出力分布を予測する。
【００２６】
すなわち、演算処理手段５が軸方向出力分布予測プログラム１ａを読み込んで実行することにより、相対出力取得部５１、軸方向出力分布偏差算出部５２、パラメータ算出部５３、軌跡表示部５４、軸方向出力偏差判定部５５、余裕度算出部５６、許容範囲判定部５７、報知部５８、制御棒移動部５９それぞれの機能が実現される。なお、軸方向出力分布制御装置１が、本実施形態に係る軸方向出力分布予測装置の機能を実現するためには、少なくとも、軸方向出力分布偏差算出部５２と、パラメータ算出部５３と、軸方向出力偏差判定部５５とがあればよい。
【００２７】
次に、演算処理手段５の各構成部についてより詳細に説明する。相対出力取得部５１は、炉心１２の上下領域における相対出力ＰＴ及びＰＢを取得するものである。本実施形態において、相対出力取得部５１は、所定の時間間隔で中性子束計測装置１６から相対出力ＰＴ及びＰＢを取得し、軸方向出力分布偏差算出部５２へ出力する。
【００２８】
軸方向出力分布偏差算出部５２は、原子炉１０の炉心１２における軸方向出力分布偏差（炉心軸方向出力分布偏差）と、現在のキセノン濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応する軸方向出力分布偏差（キセノン対応炉心軸方向出力偏差分布）と、現在のヨウ素濃度がその状態で平衡状態として実現するのに対応する軸方向出力分布偏差（ヨウ素対応炉心軸方向出力偏差分布）とを算出する。
【００２９】
軸方向出力分布偏差算出部５２は、相対出力取得部５１から相対出力ＰＴ及び相対出力ＰＢを取得し、下記関係式（１）〜（３）、又は（１）’〜（３）’により炉心軸方向出力分布偏差、キセノン対応炉心軸方向出力偏差分布、ヨウ素対応炉心軸方向出力偏差分布を算出する。ここで、式（１）〜（３）は、相対出力ＰＴ、ＰＢ、キセノン濃度についての相対出力ＰＴＸ、ＰＢＸ、ヨウ素濃度についての相対出力ＰＴＩ、ＰＢＩの差であり、式（１）’〜（３）’は、式（１）〜（３）を、全炉心相対出力Ｐ＝（ＰＴ＋ＰＢ）＝（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）＝（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）で除したものである。
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）＝ΔＩ・・・式（１）
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）・・・式（２）
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）・・・式（３）
炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴ−ＰＢ）／（ＰＴ＋ＰＢ）＝ＡＯＰ・・・式（１）’
キセノン対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）＝ＡＯＸ・・・式（２）’
ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差：（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）＝ＡＯＩ・・・式（３）’
ただし、
ＰＴＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の相対出力
ＰＢＸ：キセノン濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の相対出力
ＰＴＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心上半分の相対出力
ＰＢＩ：ヨウ素濃度を平衡状態の濃度として出現させる炉心下半分の相対出力
【００３０】
ここで、ＡＯＸ及びＡＯＩの算出方法についてより詳細に説明する。炉心上半分及び炉心下半分における平均キセノン濃度ＸＴ、ＸＢの変化は、それぞれ下記関係式（４）、（５）により軸方向出力分布偏差算出部５２が算出する。
ｄＸＴ／ｄｔ＝ｙＸΣｆφ０ＰＴ＋λＩＩＴ−（σａφ０ＰＴ＋λＸ）ＸＴ・・・式（４）
ｄＸＢ／ｄｔ＝ｙＸΣｆφ０ＰＢ＋λＩＩＢ−（σａφ０ＰＢ＋λＸ）ＸＢ・・・式（５）
また、炉心上半分及び炉心下半分における平均ヨウ素濃度ＩＴ、ＩＢの変化は、それぞれ下記式（６）、（７）により算出される。
ｄＩＴ／ｄｔ＝ｙＩΣｆφ０ＰＴ−λＩＩＴ・・・式（６）
ｄＩＢ／ｄｔ＝ｙＩΣｆφ０ＰＢ−λＩＩＢ・・・式（７）
ただし、
ｙＸ、ｙＩ：キセノン及びヨウ素の核分裂による発生割合
λＸ、λＩ：キセノン及びヨウ素の崩壊定数
Σｆ：巨視的核分裂断面積
σａ：キセノンの微視的吸収断面積
φ０：定格出力時の平均中性子束
【００３１】
したがって、軸方向出力分布偏差算出部５２が上記式（４）〜（７）を逐次積分することにより、炉心上半分及び炉心下半分における平均キセノン濃度ＸＴ、ＸＢ、及びヨウ素濃度ＩＴ、ＩＢが算出される。一方、平衡状態のキセノン濃度ＸＴＥｑ、ＸＢＥｑは、炉心上半分及び炉心下半分における平衡状態の相対出力ＰＴＥｑ、ＰＢＥｑを用いて下記関係式（８）、（９）により表される。
ＸＴＥｑ＝（ｙＩ＋ｙＸ）Σｆφ０ＰＴＥｑ／（σａφ０ＰＴＥｑ＋λＸ）・・・式（８）
ＸＢＥｑ＝（ｙＩ＋ｙＸ）Σｆφ０ＰＢＥｑ／（σａφ０ＰＢＥｑ＋λＸ）・・・式（９）
また、炉心上半分及び炉心下半分における平衡状態のヨウ素濃度ＩＴＥｑ、ＩＢＥｑは、炉心上半分及び炉心下半分における平衡状態の相対出力ＰＴＥｑ、ＰＢＥｑを用いて下記関係式（１０）、（１１）により表される。
ＩＴＥｑ＝ｙＩΣｆφ０ＰＴＥｑ／λＩ・・・式（１０）
ＩＢＥｑ＝ｙＩΣｆφ０ＰＢＥｑ／λＩ・・・式（１１）
【００３２】
上記式（８）、（９）より、炉心上半分及び炉心下半分におけるキセノン濃度ＸＴ、ＸＢが軸方向出力分布偏差算出部５２に与えられると、軸方向出力分布偏差算出部５２は、それらに対応した出力レベルＰＴＸ、ＰＢＸを算出する。したがって、ＡＯＸは、下記関係式（１２）により算出することができる。
ＡＯＸ＝（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）＝（ｙＩ＋ｙＸ）Σｆ（ＸＴ−ＸＢ）／｛（ｙＩ＋ｙＸ）Σｆ（ＸＴ＋ＸＢ）−２σａＸＴＸＢ｝・・・式（１２）
同様に、ＡＯＩは、下記関係式（１３）により算出することができる。
ＡＯＩ＝（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）＝（ＩＴ−ＩＢ）／（ＩＴ＋ＩＢ）・・・式（１３）
【００３３】
パラメータ算出部５３は、パラメータＤＡＯＰＸ及びパラメータＤＡＯＩＸを算出するものである。具体的には、パラメータ算出部５３は、軸方向出力分布偏差算出部５２からＡＯＰ、ＡＯＸ、ＡＯＩを取得し、パラメータＤＡＯＰＸ（＝ＡＯＰ−ＡＯＸ）及びパラメータＤＡＯＩＸ（＝ＡＯＩ−ＡＯＸ）を算出する。ここで、パラメータＤＡＯＰＸは、ＡＯＰとＡＯＸとの差を用いて表されるキセノンパラメータであり、パラメータＤＡＯＩＸは、ＡＯＰとＡＯＸとの差を用いて表されるヨウ素パラメータである。
【００３４】
本実施形態では、ＤＡＯＰＸ及びＤＡＯＩＸを、それぞれキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータとして用いるが、これらに原子炉１０の全相対出力Ｐを乗じた値を、それぞれキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータとしてもよい。この場合、キセノンパラメータは、ＤＡＯＰＸ×Ｐ＝｛（ＰＴ−ＰＢ）／（ＰＴ＋ＰＢ）−（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）｝×Ｐ、ヨウ素パラメータはＤＡＯＩＸ×Ｐ＝｛（ＰＴＩ−ＰＢＩ）／（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）−（ＰＴＸ−ＰＢＸ）／（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）｝×Ｐとなる。
【００３５】
ここで、Ｐ＝（ＰＴ＋ＰＢ）＝（ＰＴＸ＋ＰＢＸ）＝（ＰＴＩ＋ＰＢＩ）なので、キセノンパラメータＤＡＯＰＸ×Ｐは、（ＰＴ−ＰＢ）−（ＰＴＸ−ＰＢＸ）、ヨウ素パラメータＤＡＯＩＸ×Ｐは、（ＰＴＩ−ＰＢＩ）−（ＰＴＸ−ＰＢＸ）となる。すなわち、キセノンパラメータＤＡＯＰＸ×Ｐは、炉心軸方向出力分布偏差（ＰＴ−ＰＢ）とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差（ＰＴＸ−ＰＢＸ）との差分である（式（１−式（２））。また、ヨウ素パラメータＤＡＯＩＸ×Ｐは、ヨウ素対応炉心軸方向出力分布偏差（ＰＴＩ−ＰＢＩ）とキセノン対応炉心軸方向出力分布偏差（ＰＴＸ−ＰＢＸ）との差分である（式（３）−式（２））。なお、キセノンパラメータとしてＤＡＯＰＸ×Ｐ、ヨウ素パラメータとしてＤＡＯＩＸ×Ｐを用いると、原子炉１０の出力変化に対する一般性を持たせることができるので、原子炉１０の出力が一定でない場合においても常時原子炉１０を監視できる。
【００３６】
なお、負荷追従運転によって出力が変動する場合、本実施形態の制御方法をそのまま適用することができない。したがって、特に、炉心軸方向出力分布偏差（ＡＯＸあるいはΔＩ）を算出する際には特別な配慮が必要となる。次に、具体的に説明する。まず、上記関係式（４）、（５）には、出力ＰＴ、ＰＢと、キセノン濃度ＸＴ、ＸＢの積の項があるため、キセノン濃度変化は炉心１２の各領域の出力に対して非線形となる。このため、平衡キセノン濃度と出力の関係式（上記関係式（８）、（９））から分かるように、出力が増加すれば、平衡キセノン濃度は（ｙＩ＋ｙＸ）Σｆ／σａに漸近する。
【００３７】
もし、キセノン濃度がこの漸近値に近づくと、この値から逆算して得られる出力は無限大になり得る。このようなキセノン濃度は、例えば、定格出力運転から部分出力へ出力を低下すれば出現し得る。すなわち、上記関係式（１２）を用いて得られる炉心軸方向出力分布偏差ＡＯＸあるいはΔＩは非常に大きくなり、実際の運転条件で考えられる値から大きく逸脱してしまうおそれがある。この場合、軌跡は発散する。
【００３８】
上記の問題は、炉心軸方向出力分布偏差ＡＯＸあるいはΔＩを運転時の出力で、現時点のキセノン分布のオフセットを平衡条件下で与えるような軸方向出力分布のオフセットと定義することにより解決できる。
まず、キセノンオフセットＸｒを次式で定義する。
Ｘｒ＝（ＸＴ−ＸＢ）／（ＸＴ＋ＸＢ）・・・式（１４）
次に、上記関係式（８）、（９）を上記関係式（１４）に代入すると、
Ｘｒ＝λＸ（ＰＴ−ＰＢ）／｛λＸ（ＰＴ＋ＰＢ）＋２σａφ０ＰＴＰＢ｝・・・式（１５）
また、定義より、ＰＴとＰＢは次式で表される。
ＰＴ＝Ｐ（１＋ＡＯＸ）・・・式（１６）
ＰＢ＝Ｐ（１−ＡＯＸ）・・・式（１７）
ここで、Ｐは実際の運転出力（相対出力）であり、測定値から得られる。なお、上述した定義では、キセノン濃度からの逆算により得られるＰＴＸ、ＰＢＸから算出していたため、実際の出力と一致しない場合があった。
【００３９】
上記関係式（１６）、（１７）を上記式（１５）に代入し、炉心軸方向出力分布偏差ＡＯＸについて解くと、下記関係式（１８）で表される。この関係式（１８）を使用することにより、どのような運転状態であっても本実施形態の制御方法を適用することができる。ΔＩは、式（１８）に全相対出力Ｐを乗ずることにより求めることができる。
ＡＯＸ＝｛−１＋√（１−４ＡＣ）｝／２Ａ・・・式（１８）
ただし、
Ａ＝σａφ０ＰＸｒ／λＸ
Ｃ＝−Ｘｒ−Ａ
【００４０】
軌跡表示部５４は、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）をプロットした軌跡（プロット軌跡）を表示手段２に表示させる。具体的には、軌跡表示部５４は、パラメータ算出部５３により算出されたパラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）を取得し、直交座標系においてパラメータ（ＤＡＯＰＸ）をＸ軸（一方の軸であり横軸）とし、またパラメータ（ＤＡＯＩＸ）をＹ軸（他方の軸であり縦軸）とするプロット軌跡を表示手段２に表示させる。この場合、炉心軸方向出力分布偏差は、式（１）’のＡＯＰを用いる。
【００４１】
炉心軸方向出力分布偏差として式（１）に示すΔＩを用いる場合、軌跡表示部５４は、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）それぞれに全相対出力Ｐを乗じた値（ＤＡＯＰＸ×Ｐ、ＤＡＯＩＸ×Ｐ）をプロットした軌跡（プロット軌跡）を表示手段２に表示させる。具体的には、軌跡表示部５４は、パラメータ算出部５３により算出されたパラメータ（ＤＡＯＰＸ×Ｐ、ＤＡＯＩＸ×Ｐ）を取得し、直交座標系においてパラメータ（ＤＡＯＰＸ×Ｐ）をＸ軸（一方の軸であり横軸）とし、またパラメータ（ＤＡＯＩＸ×Ｐ）をＹ軸（他方の軸であり縦軸）とするプロット軌跡を表示手段２に表示させる。なお、軌跡の表示方法は、これに限られるものではなく、例えば直交座標系において、パラメータＤＡＯＰＸやＤＡＯＰＸ×ＰをＹ軸に、パラメータＤＡＯＩＸやＤＡＯＩＸ×ＰをＸ軸にした軌跡を表示するようにしてもよい。
【００４２】
なお、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）あるいは（ＤＡＯＰＸ×Ｐ、ＤＡＯＩＸ×Ｐ）のプロット軌跡は、次に示す（１）〜（５）の特徴を有していることが知られている。
（１）キセノン振動が安定している場合、図２に示すように、軌跡は原点を中心とする偏平な楕円になる。当該楕円の長径ａは、第１象限と第３象限に存在し、キセノン振動の大きさによらず、横軸に対して一定角度（約３６°前後）で傾斜する。
（２）軌跡は、常に反時計回りで進行し、キセノン振動の１周期（約３０時間）で原点の周りを１周する。よって、この楕円上を移動する速さは、楕円の長径ａから離れるほど速くなる。
（３）キセノン振動が発散性の場合、図３に示すように、楕円状の渦巻きが大きくなり、収束性の場合には小さくなって原点に収束する。
（４）制御棒１３をステップ状に炉心１２に挿入すると、軌跡は横軸に平行に負側に移動し、制御棒１３を炉心１２から引き抜くと、軌跡は横軸に平行に正側に移動する。また、制御棒１３を停止すると、軌跡はその位置から上記（１）〜（３）の特徴を有する新たな楕円を描く。
（５）軌跡が原点にあるとき（ＡＯＰ＝ＡＯＸ＝ＡＯＩ、あるいはΔＩ＝ＡＯＸ×Ｐ＝ＡＯＩ×Ｐである条件のとき）、キセノン振動は消滅する。
【００４３】
軸方向出力偏差判定部５５は、本実施形態に係る軸方向出力分布予測方法を実行することにより、パラメータ算出部５３が算出したキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータ（パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）あるいは（ＤＡＯＰＸ×Ｐ、ＤＡＯＩＸ×Ｐ））によって描かれる楕円の長径と、現時点におけるキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータとに基づき、現時点以降において、炉心軸方向出力分布偏差（ＡＯＰあるいはΔＩ）が増加するか減少するかを予測する。この方法については後述する。
【００４４】
余裕度算出部５６は、現時点における炉心軸方向出力分布偏差と、当該炉心軸方向出力分布偏差の許容値との差から、余裕度を算出する。許容範囲判定部５７は、余裕度算出部５６が、上述した炉心軸方向出力偏差分布に関する許容範囲（許容値）に基づいて求めた余裕度が、予め定めた閾値よりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が、前記余裕度を減少させる方向に変化するか否かを判定する。現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が、前記余裕度を減少させる方向に変化すると予測される場合、許容範囲判定部５７は、その旨の信号（警報信号）を制御棒移動部５９と報知部５８との少なくとも一方へ出力するようになっている。
【００４５】
報知部５８は、現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が、前記余裕度を減少させる方向に変化すると予測される場合、その旨を警報するものである。本実施形態において、報知部５８は、許容範囲判定部５７から現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が、前記余裕度を減少させる方向に変化すると予測される旨の出力信号を取得した場合、例えば、その旨を音声や光で原子炉１０の作業員に報知する。光を用いる場合、例えば、警告灯を点灯あるいは点滅させたり、表示手段２に警告を表示させたり、表示手段２の表示画面の色を現在とは異なる色に変更したりする。
【００４６】
報知部５８によって報知がなされると、作業員は、入力手段３を介して制御棒１３を移動させるための操作をしてもよい。この場合、制御棒移動部５９は、入力手段３から入力された操作情報（移動方向や移動量）を取得し、当該操作に対応する駆動信号を制御棒駆動装置１４へ出力するようになっている。なお、報知部５８による警報方法は、上述した構成に限られるものではない。本実施形態では、将来における炉心軸方向出力分布偏差の変化の方向が前記余裕度を減少させる方向に変化することが分かるので、例えば、許容範囲判定部５７が前記余裕度を増加させるために必要な制御棒１３の移動方向を求めて報知部５８へ出力し、報知部５８は、この出力に基づいて、制御棒１３の移動方向を報知するようにしてものよい。
【００４７】
制御棒移動部５９は、制御棒駆動装置１４を制御して、制御棒１３の炉心に対する挿入・抜き出し・停止の移動制御を実行するものである。現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が、前記余裕度を減少させる方向に変化する場合、作業者は入力手段３を介して前記余裕度が増加するように制御棒１３を移動させるための操作を実行する。これによって、キセノン振動が大きくなる前に原子炉１０内の軸方向出力分布を制御できるので、キセノン振動を迅速に抑制できる。また、制御棒移動部５９は、許容範囲判定部５７から現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が、前記余裕度を減少させる方向に変化すると予測される旨の信号を受け取った場合に、制御棒１３を移動させるようにしてもよい。
【００４８】
本実施形態において、制御棒１３を移動させる際には、表示手段２に表示された楕円軌跡のプロット点、すなわち、現時点よりも後における原子炉１０のパラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）、すなわち、プロット点が、パラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）によって描かれる楕円の長径に向けて移動するように操作するだけでよい。これは、本願発明者による従来にない新たな知見に基づく操作方法である。すなわち、本願発明者は、プロット点が楕円軌跡の長径上にある場合、炉心軸方向出力偏差分布ＡＯＰあるいはΔＩ一定であるという事実を見出した。
【００４９】
上記事実について、図面を用いてより詳細に説明する。以下においては、炉心軸方向出力偏差分布としてＡＯＰを用いる。図４は、炉心１２に制御棒１３を挿入し（原点〜Ａ点）、一定時間保持した後（Ａ点〜Ｂ点）、引き抜くことにより（Ｂ点〜Ｃ点）外乱を付与し、キセノン振動を誘発させたときの炉心１２の炉心軸方向出力分布偏差ＡＯＰを示している。また、図５は、図４に対応するパラメータ（ＤＡＯＰＸ、ＤＡＯＩＸ）のプロット軌跡を示している。
【００５０】
図４に示すように、炉心軸方向出力分布偏差ＡＯＰの挙動は、キセノン振動の発生に繋がる所定の周期で上下に振動を繰り返しているところ、その変化率、すなわち接線の傾きは、極点（Ｄ、Ｅ、Ｆ）において０となる。そして、これらの極点（Ｄ、Ｅ、Ｆ）は、図５の楕円軌跡上においては長径ａ上に位置している。したがって、プロット点が楕円軌跡の長径ａ上に存在する場合、炉心軸方向出力分布偏差ＡＯＰは一定であり、プロット点が長径ａから離れているときは、常に炉心軸方向出力分布偏差ＡＯＰが変化しつつあること、すなわちキセノン振動が大きくなりつつあることが示されている。
【００５１】
また、パラメータＤＡＯＰＸは、（ＡＯＰ−ＡＯＸ）で定義されるため、楕円軌跡の長径ａ及び短径は、炉心軸方向出力分布偏差ＡＯＰ（図４の振幅）に比例する。したがって、上記の特徴（４）より、プロット点を楕円軌跡の長径ａに向けて誘導するだけで、楕円軌跡の長径が短くなるため、当該炉心軸方向出力分布偏差ＡＯＰは小さくなる。そして、移動後の位置から長径ａ及び短径が短縮化された楕円軌跡を描くこととなる。すなわち、キセノン振動が極めて小さなものとなる。
【００５２】
なお、制御棒１３を移動する際には、プロット点を長径ａ上まで移動させることが好ましいが、可能な限り近づけるだけでもよい。これにより、炉心軸方向出力分布偏差ＡＯＰの変化率が最小になるため、キセノン振動を抑制できる。また、他に外乱が存在しない限り、プロット点を移動させた後は、キセノン振動は振幅が小さくなる方向に進展するため、その後は放置しておいても、プロット点が原点に接近してゆき、キセノン振動は自然に消滅する方向に向かう。
【００５３】
また、本実施形態では、制御棒１３を作業員によって操作しているが、この構成に限られるものではなく、制御棒移動部５９によって自動制御するようにしてもよい。この場合、制御棒移動部５９は、許容範囲判定部５７から、現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差が、前記余裕度を減少させる方向に変化すると予測される旨の信号を取得すると、現在のプロット点から楕円軌跡の長径ａまでのＸ軸方向距離を算出する。そして、制御棒移動部５９は、当該距離に基づいて、制御棒１３の移動量を算出し、その分だけ制御棒１３を挿入あるいは抜き出しさせる旨の操作信号を制御棒駆動装置１４へ出力するように構成される。この場合も、制御棒移動部５９が、楕円の長径ａに向けてプロット点を誘導するように制御棒１３を移動制御することになる。ただし、制御棒１３の移動量とプロット点の移動量との関係は、時々刻々変化するものであるため、その時点での条件に応じた演算処理が実行される。
【００５４】
本実施形態に係る軸方向出力分布予測方法では、現時点におけるキセノンパラメータ（ＤＡＯＰＸあるいはＤＡＯＰＸ×Ｐ）、ヨウ素パラメータ（ＤＡＯＩＸあるいはＤＡＯＩＸ×Ｐ）と、楕円軌跡の長径ａとの関係から、炉心軸方向出力分布偏差（ＡＯＰあるいはΔＩ）が今後増加するか、又は減少するかを予測する。次に、図６を用いて、この予測について説明する。次の説明では、炉心軸方向出力分布偏差としてΔＩを、キセノンパラメータとしてＤＡＯＰＸ×Ｐを、ヨウ素パラメータとしてＤＡＯＰＸ×Ｐを用いる。
【００５５】
キセノンパラメータＤＡＯＰＸ×Ｐ、ヨウ素パラメータＤＡＯＩＸ×Ｐによって描かれる楕円軌跡をＴとし、Ｎを現時点におけるキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータの値（プロット点）とする。（ＤＡＯＰＸ×Ｐ、ＤＡＯＩＸ×Ｐ）は、時間の経過とともに、原点Ｏの周りを図６の矢印方向に回転する。また、図７は、ΔＩの時間変化を示しており、図７のＧ、Ｈは、それぞれ図６のＧ、Ｈに対応する。
【００５６】
図６と図７との対応関係から分かるように、プロット点が楕円軌跡ＴのＧからＨへ向かうにしたがって、図７に示すΔＩは減少、すなわち負側へ移動する。一方、プロット点が楕円軌跡のＨからＧへ向かうにしたがって、図７に示すΔＩは増加、すなわち、正側へ移動する。これは、現時点におけるプロット点Ｎが長径ａよりも縦軸の正側（ヨウ素パラメータＤＡＯＩＸ×Ｐの正側）にある場合にはΔＩは減少し、現時点における楕円軌跡Ｔのプロット点Ｎが長径ａよりも縦軸の負側（ヨウ素パラメータＤＡＯＩＸ×Ｐの負側）にある場合にはΔＩは増加することを意味する。したがって、現時点におけるプロット点Ｎと長径ａとを比較することにより、現時点以降において、炉心軸方向出力偏差分布ΔＩが増加するか減少するかを予測することができる。このように、本実施形態に係る軸方向出力分布予測方法によれば、簡単に将来の炉心軸方向出力偏差分布ΔＩを予測できる。
【００５７】
次に、図８、図９を用いて、本実施形態に係る軸方向出力分布予測方法を説明する。本実施形態に係る軸方向出力分布予測方法は、軸方向出力分布制御装置１が本実施形態に係る軸方向出力分布制御プログラム１ａを実行することにより実現される。加圧水型原子炉を制御する場合、まず、ステップＳ１０１において、軸方向出力分布制御１の相対出力取得部５１は、中性子束計測装置１６から炉心上半分の相対出力ＰＴ及び炉心下半分の相対出力ＰＢを取得する。
【００５８】
次に、ステップＳ１０２に進み、軸方向出力分布偏差算出部５２は、相対出力取得部５１によって取得されたＰＴ及びＰＢに基づき、上記関係式（１）〜（３）、あるいは（１）’〜（３）’を用いて原子炉１０の軸方向出力分布偏差、より具体的にはキセノン対応軸方向出力分布偏差、ヨウ素対応軸方向出力分布偏差、及び炉心軸方向出力分布偏差を算出する（軸方向出力分布偏差算出ステップ）。また、ステップＳ１０３において、パラメータ算出部５３は、軸方向出力分布偏差算出部５２が算出したキセノン対応軸方向出力分布偏差、ヨウ素対応軸方向出力分布偏差、及び炉心軸方向出力分布偏差から、キセノンパラメータＤＡＯＰＸ×Ｐ、ヨウ素パラメータＤＡＯＩＸ×Ｐを算出する（パラメータ算出ステップ）。
【００５９】
次にステップＳ１０４に進み、軸方向出力偏差判定部５５は、キセノンパラメータＤＡＯＰＸ×Ｐ及びヨウ素パラメータＤＡＯＩＸ×Ｐによって描かれる楕円の長径ａ（図６参照）と、現時点におけるキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータ、すなわち図６のプロット点Ｎとに基づき、現時点以降において、炉心軸方向出力分布偏差ΔＩが増加するか減少するかを予測する（軸方向出力分布偏差判定ステップ）。なお、軌跡表示部５４は、表示手段２にキセノンパラメータＤＡＯＰＸ×Ｐ及びヨウ素パラメータＤＡＯＩＸ×Ｐによって描かれる楕円を表示させてもよい。次に、図９を用いて、軸方向出力分布偏差判定ステップを説明する。
【００６０】
軸方向出力分布偏差判定ステップのステップＳ２０１において、軸方向出力偏差判定部５５は、キセノンパラメータＤＡＯＰＸ×Ｐ及びヨウ素パラメータＤＡＯＩＸ×Ｐによって描かれる楕円の長径ａ（例えば、長径ａを表す一次式）を求める。長径ａは、キセノンパラメータＤＡＯＰＸ×Ｐ及びヨウ素パラメータＤＡＯＩＸ×Ｐによる楕円軌跡から求めてもよい。また、長径ａは、原点を通り、かつ横軸に対して一定角度θ（約３６°前後）で傾斜する直線なので、原点を通り、かつ傾きＫがｔａｎ（ＤＡＯＰＸ×Ｐ／ＤＡＯＩＸ×Ｐ）＝θとなる直線を、長径ａを表す一次式として、記憶手段４へ保存しておいてもよい。そして、軸方向出力分布偏差判定ステップにおいて、軸方向出力偏差判定部５５は、適宜記憶手段４から長径ａを表す一次式を読み出して、炉心軸方向出力分布偏差の予測に用いる。
【００６１】
次に、ステップＳ２０２へ進み、軸方向出力偏差判定部５５は、現時点のプロット点Ｎ（ＤＡＯＰＸ×Ｐ＿ｎ、ＤＡＯＩＸ×Ｐ＿ｎ）と長径ａとを比較する。例えば、軸方向出力偏差判定部５５は、長径ａを示す式ＤＡＯＩＸ×Ｐ＝Ｋ×ＤＡＯＰＸ×ＰのＤＡＯＰＸ×Ｐに、現時点のプロット点ＮのＤＡＯＰＸ×Ｐ＿ｎを代入して得られる値Ｙと、現時点のプロット点ＮのＤＡＯＰＸ×Ｐ＿ｎとを比較する。その結果、ＤＡＯＰＸ×Ｐ＿ｎ＞Ｙであれば、軸方向出力偏差判定部５５は、Ｎはａよりも上、すなわち、縦軸の正側にあると判定する。一方、ＤＡＯＰＸ×Ｐ＿ｎ＜Ｙであれば、軸方向出力偏差判定部５５は、Ｎはａよりも下、すなわち、縦軸の負側にあると判定する。なお、ＤＡＯＰＸ×Ｐ＿ｎ＝Ｙである場合、長径ａ上に現時点におけるプロット点Ｎがあるので、Ｎがａよりも上か下かは判定できない。楕円軌跡上のプロット点は時間の経過とともに原点の周りを移動するので、ＤＡＯＰＸ×Ｐ＿ｎ＝Ｙである場合、例えば、軸方向出力偏差判定部５５は、現時点から所定の時間が経過してからステップＳ２０３の判定を実行する。これによって、プロット点は長径ａ上から移動するので、Ｎが長径ａよりも上か下かの判定が可能になる。
【００６２】
ステップＳ２０３でＹｅｓと判定された場合、すなわち、Ｎはａよりも上であると軸方向出力偏差判定部５５が判定した場合、ステップＳ２０４へ進む。ステップＳ２０４において、軸方向出力偏差判定部５５は、現時点以降において、炉心軸方向出力分布偏差ΔＩは減少する方向であると判定する。ステップＳ２０３でＮｏと判定された場合、すなわち、Ｎはａよりも下であると軸方向出力偏差判定部５５が判定した場合、ステップＳ２０５へ進む。ステップＳ２０５において、軸方向出力偏差判定部５５は、現時点以降において、炉心軸方向出力分布偏差ΔＩは増加する方向であると判定する。これによって、炉心軸方向出力分布偏差ΔＩの変化の方向が予測されるので、軸方向出力分布偏差判定ステップが終了する。すなわち、図１のステップＳ１０４が終了する。なお、報知部５９は、軸方向出力分布偏差判定ステップによる予測結果を、例えば、表示手段２に表示させてもよい。これによって、原子炉１０の運転者は、炉心の状態を把握することができる。
【００６３】
次に、ステップＳ１０５へ進み、余裕度算出部５６は、現時点における炉心軸方向出力分布偏差ΔＩと、当該炉心軸方向出力分布偏差の許容値との差から、余裕度Ｍを算出する。原子炉１０の安全性を確保できるように設定された許容値の範囲を、ΔＩ＿ｌｏｗ（下限許容値）以上ΔＩ＿ｈｉｇｈ（上限許容値）以下とする。余裕度Ｍは、現時点における炉心軸方向出力分布偏差ΔＩと、下限許容値ΔＩ＿ｌｏｗ又は上限許容値ΔＩ＿ｈｉｇｈとを用いて、式（１９）、式（２０）で定義される。
Ｍ＿ｌｏｗ＝ΔＩ−ΔＩ＿ｌｏｗ・・・式（１９）
Ｍ＿ｈｉｇｈ＝ΔＩ−ΔＩ＿ｈｉｇｈ・・・式（２０）
【００６４】
式（１９）、式（２０）から分かるように、余裕度Ｍは、現時点における炉心軸方向出力分布偏差ΔＩと下限許容値ΔＩ＿ｌｏｗ又は上限許容値ΔＩ＿ｈｉｇｈとの差であり、余裕度Ｍが小さいほど、炉心軸方向出力分布偏差ΔＩは下限許容値ΔＩ＿ｌｏｗ又は上限許容値ΔＩ＿ｈｉｇｈに接近することになるので、制御棒１３を移動させる必要がある。ステップＳ１０６において、制御棒１３を移動させるか否かが判定される。この場合、例えば、許容範囲判定部５７は、余裕度算出部５６が求めた余裕度Ｍ＿ｌｏｗとＭ＿ｈｉｇｈとの少なくとも一方が、予め定めた閾値Ｎｃよりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差ΔＩが、余裕度Ｍを減少させる方向に変化するか否かを判定する。予め定めた閾値Ｍｃは、制御棒１３を移動させるか否かを判定するものであり、余裕度Ｍ＿ｌｏｗとＭ＿ｈｉｇｈとの少なくとも一方が閾値Ｍｃよりも小さい場合には、制御棒１３を移動させると判定される。
【００６５】
余裕度Ｍ＿ｌｏｗとＭ＿ｈｉｇｈとの少なくとも一方が、予め定めた閾値Ｍｃよりも小さい場合、制御棒１３を移動させる必要がある。しかし、図６に示す例において、現時点におけるプロット点Ｎでの余裕度Ｍ＿ｈｉｇｈ＝ΔＩ−ΔＩ＿ｈｉｇｈが閾値Ｍｃよりも小さい場合、プロット点Ｎは、長径ａの上にあるので現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差ΔＩは減少していく。すなわち、そのまの状態でも余裕度Ｍ＿ｈｉｇｈは増加して、閾値Ｍｃよりも大きくなっていくので、制御棒１３が移動するように操作する必要はない。同様に、余裕度Ｍ＿ｌｏｗ＝Ｉ−ΔＩ＿ｌｏｗが閾値Ｍｃよりも小さい場合には、プロット点Ｎが長径ａの下にあれば、現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差ΔＩは増加する。その結果、そのまの状態でも余裕度Ｍ＿ｌｏｗは増加して、閾値Ｍｃよりも大きくなっていくので、制御棒１３が移動するように操作する必要はない。
【００６６】
このように、本実施形態に係る軸方向出力分布予測方法では、余裕度Ｍと、現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差ΔＩによる余裕度Ｍの変化とに基づいて制御棒１３を操作するか否かを判定する。これによって、無駄な制御棒１３の操作が不要になるので、迅速にキセノン振動を抑制して安定した原子炉１０の運転が実現できる。ここで、現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差ΔＩが、余裕度Ｍを減少させる方向に変化するか否かは、例えば、表１に示すように判定される。なお、現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差ΔＩが、余裕度Ｍを減少させる方向に変化するか否かは、許容範囲判定部５７が判定してもよいし、原子炉１０の作業者が判定してもよい。許容範囲判定部５７によって、現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差ΔＩの変化を判定する場合、表１をデータテーブル化して記憶手段４に格納しておき、許容範囲判定部５７は、余裕度Ｍと閾値Ｍｃとの比較結果及びプロット点Ｎと長径ａとの比較結果を前記データテーブルに与えて、制御棒１３の操作が必要か否かを判定する。
【００６７】
【表１】
2010190854.tif 000003
【００６８】
ステップＳ１０６においてＮｏと判定された場合、すなわち、余裕度Ｍ＿ｌｏｗ又はＭ＿ｈｉｇｈの少なくとも一方が予め定めた閾値Ｎｃよりも大きいか、又は現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差ΔＩが、余裕度Ｍを増加させる方向に変化する場合、ステップＳ１０１へ戻り、軸方向出力分布制御装置１は原子炉１０の監視を継続する。ステップＳ１０６においてＹｅｓと判定された場合、すなわち、余裕度Ｍ＿ｌｏｗとＭ＿ｈｉｇｈとの少なくとも一方が、予め定めた閾値Ｎｃよりも小さく、かつ現時点以降の炉心軸方向出力分布偏差ΔＩが、余裕度Ｍを減少させる方向に変化する場合、制御棒１３の操作が必要なのでステップＳ１０７へ進む。
【００６９】
ステップＳ１０７において、作業員は、入力手段３から制御棒１３を移動させるための操作を実行する（制御棒移動ステップ）。なお、作業員が制御棒１３を操作する場合、制御棒移動ステップに先立ち、報知部５８は、制御棒１３を移動させる操作が必要であることを音声や映像で報知する。これによって、作業者は、制御棒１３の操作が必要であることを確実に把握できる。
【００７０】
制御棒１３を移動させるにあたって、本実施形態において、作業員は、パラメータ（ＤＡＯＰＸ×Ｐ、ＤＡＯＩＸ×Ｐ）の最新のプロット点が、楕円軌跡の長径ａに向けて移動するように制御棒１３を操作する。すなわち、現時点よりも後におけるパラメータ（ＤＡＯＰＸ×Ｐ、ＤＡＯＩＸ×Ｐ）が楕円軌跡の長径ａに向けて移動するように制御棒１３が操作される。ここで、軌跡表示部５４は、制御棒１３の操作が必要な場合、表示手段２に、パラメータ（ＤＡＯＰＸ×Ｐ、ＤＡＯＩＸ×Ｐ）の楕円軌跡を表示させる。これによって、作業者の操作を補助することができる。
【００７１】
これにより、他に外乱がない限り、炉内軸方向出力分布偏差ΔＩの変化率が最小になるため、キセノン振動を抑制できる。また、キセノン振動は振幅が小さくなる方向に進展するため、その後は放置しておいても、プロット点が原点Ｏに接近してゆき、キセノン振動は自然に消滅する方向に向かう。制御棒１３を移動制御した後は、ＳＴＡＲＴへ戻り、原子炉１０の運転状況の監視が継続される。
【００７２】
制御棒移動部５９によって制御棒１３を自動制御する場合、ステップＳ１０６において、許容範囲判定部５７は、制御棒１３の操作が必要である旨の判定結果を制御棒移動部５９へ出力する。この出力を受信した制御棒移動部５９は、現在のプロット点Ｎから楕円軌跡の長径ａまでにおけるＸ軸方向（横軸であり、図６のＤＡＯＰＸ×Ｐ）の距離を算出する。そして、当該距離に基づいて、制御棒１３の移動量を算出し、その分だけ制御棒１３を挿入させる旨の操作信号を制御棒駆動装置１４へ出力する。
【００７３】
以上、本実施形態によれば、
１．キセノンパラメータ及びヨウ素パラメータによって描かれる楕円の長径と、現時点におけるキセノンパラメータ及びヨウ素パラメータ（すなわち、前記楕円上のプロット点）との位置関係のみから、簡単に炉心軸方向出力分布偏差の将来における変化を判定できる。その結果、原子炉のキセノン振動を抑制するにあたっては、原子炉の軸方向出力分布偏差の変化を簡単に予測することができる。
２．原子炉１０内の軸方向出力分布を制御するだけで、キセノン振動を同時に制御でき、キセノン振動を迅速かつ極めて小さく抑制し、原子炉制御上の安全性を確実なものにすることができる。
３．制御棒１３の移動タイミング及び移動量が容易に視認され、簡単かつ確実に制御棒１３を操作することができ、制御戦略を極めて簡単明瞭なものにすることができる等の効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上のように、本発明に係る軸方向出力分布予測方法及び軸方向出力分布予測装置は、炉心軸方向出力分布偏差の将来における変化を予測することに有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１  軸方向出力分布制御装置
１ａ  軸方向出力分布制御プログラム
２  表示手段
３  入力手段
４  記憶手段
５  演算処理手段
１０  原子炉
１１  圧力容器
１２  炉心
１３  制御棒
１４  制御棒駆動装置
１５ａ  炉外中性子束検出器
１５ｂ  炉内中性子束検出器
１６  中性子束計測装置
４１  プログラム保存部
４２  制御情報保存部
５１  相対出力取得部
５２  軸方向出力分布偏差算出部
５３  パラメータ算出部
５４  軌跡表示部
５５  軸方向出力偏差判定部
５６  余裕度算出部
５７  許容範囲判定部
５８  報知部
５７  制御棒移動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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